El perfilado es un proceso que da a las chapas metálicas formas específicas por medios mecánicos. Entre sus aplicaciones más comunes se encuentran la producción de componentes circulares y cónicos. Sin embargo, el potencial de la tecnología de perfilado va mucho más allá: mediante un diseño mecánico preciso y la optimización del proceso, también puede producir eficazmente estructuras metálicas angulares, como componentes rectangulares y cuadrados.
Los modernos equipos de perfilado están ahora integrados con sistemas de coronado, software inteligente y controladores de alta precisión, lo que permite una precisión de perfilado milimétrica o incluso micrométrica y garantiza una calidad de producto estable y constante.
Este sistema flexible y multifuncional de procesamiento de chapas metálicas se ha convertido en uno de los principales equipos de la fabricación moderna. Desde las carcasas metálicas de los electrodomésticos hasta los componentes de precisión para la industria aeroespacial, la tecnología de perfilado se utiliza ampliamente en diversos escenarios de fabricación, gracias a su eficiencia, precisión y alto grado de personalización.
A pesar de la complejidad y diversidad de las técnicas de plegado de chapa, el perfilado (refiriéndose específicamente al proceso de laminado de chapa en este contexto) sigue siempre una lógica de conformado única. Este artículo se centrará en los principios y aplicaciones de la tecnología de perfilado.
Principio de funcionamiento de la perfiladora
La tecnología de perfilado utiliza dispositivos mecánicos y flujos de proceso específicos para doblar gradualmente chapas metálicas y darles formas geométricas preestablecidas. Entre los productos habituales se incluyen piezas estructurales circulares (en forma de O), acanaladas (en forma de U) y angulares (en ángulo). Su principio básico de funcionamiento es utilizar el movimiento relativo entre rodillos para aplicar una fuerza de flexión controlable al material y provocar una deformación plástica.
Las máquinas laminadoras de chapa tradicionales suelen estar equipadas con rodillos superior e inferior como estructura básica. El rodillo superior es responsable de la función de sujeción y posicionamiento, fijando el material mediante presión y asegurando su transporte estable; el rodillo inferior se utiliza como unidad de accionamiento activo para generar par mediante movimiento de rotación para empujar el material a doblarse continuamente a lo largo de la superficie del rodillo. Con la evolución de la tecnología, las modernas laminadoras de chapa han desarrollado una gran variedad de configuraciones con dos rodillos, tres rodillos e incluso cuatro rodillos, y su estructura mecánica y lógica de movimiento también se han optimizado para satisfacer las necesidades de diferentes grosores de material, radios de curvatura y eficiencia de producción.
Durante el proceso de conformado, la chapa debe someterse a múltiples ciclos de plegado entre los rodillos hasta alcanzar la forma deseada. Para detalles complejos (como filetes en los bordes) o requisitos especiales de plegado, suelen ser necesarios procesos auxiliares o equipos especiales para un tratamiento complementario. Hay que tener en cuenta que la precisión dimensional y la estabilidad de la forma del producto final se ven afectadas por múltiples factores, como las propiedades del material (como el módulo elástico, el límite elástico), el grosor de la chapa, la separación entre rodillos y la distribución de la presión, etc., que deben ajustarse dinámicamente mediante un cálculo preciso y una supervisión en tiempo real.
Esta tecnología se ha convertido en un método de procesamiento fundamental en los campos de la fabricación de automóviles, la construcción de estructuras de acero, la construcción naval, etc., debido a su gran eficacia, flexibilidad y ventajas de coste, y ha demostrado importantes beneficios económicos en la producción a gran escala.
Sistema de máquina curvadora de rodillos
Las máquinas curvadoras de rodillos pueden clasificarse principalmente en tipos mecánicos e hidráulicos en función de sus métodos de accionamiento. Para más detalles sobre la clasificación de las máquinas curvadoras de rodillos por diseño estructural (como el número de rodillos), puede consultar nuestro artículo especializado anterior.
Máquina curvadora de rodillos mecánica de tres rodillos
Las curvadoras de rodillos mecánicas de tres rodillos pueden dividirse en simétricas y asimétricas en función de la disposición de los rodillos.
Diseño simétrico:
Dos rodillos paralelos se sitúan en la parte inferior, con un tercer rodillo colocado vertical y centralmente por encima de ellos. Los rodillos inferiores proporcionan la fuerza motriz principal al girar, lo que impulsa al material a doblarse continuamente entre los rodillos. Esta máquina es adecuada para conformar piezas cilíndricas o cónicas convencionales.Diseño asimétrico:
El rodillo superior es el rodillo motriz principal, colocado verticalmente en el centro. Debajo se sitúa un rodillo paralelo, y el tercer rodillo está desplazado lateralmente hacia un lado. El rodillo lateral desempeña un papel fundamental en la fase de precurvado, ya que permite curvar con precisión los bordes de la chapa, lo que suele requerir dispositivos auxiliares para lograr resultados similares en diseños simétricos.
Máquina curvadora de rodillos hidráulica
El rodillo superior de las curvadoras de rodillos hidráulicas está diseñado en forma de tambor y utiliza un sistema hidráulico para lograr la elevación vertical. Esta característica mejora significativamente la adaptabilidad de la máquina a diferentes grosores de material y garantiza la rectitud de los bordes del material. La flexibilidad del accionamiento y el ajuste hidráulicos la hacen más ventajosa para manipular formas complejas o requisitos de alta precisión.
Ambos tipos de curvadoras de rodillos tienen sus respectivas ventajas en diferentes aplicaciones: las curvadoras de rodillos mecánicas son conocidas por su estructura sencilla y su fácil mantenimiento, lo que las hace adecuadas para la producción estandarizada a gran escala; las curvadoras de rodillos hidráulicas, con un control de alta precisión y flexibilidad, son más adecuadas para el procesamiento personalizado o las industrias que exigen una calidad superficial estricta.
Diferencias entre el curvado en frío y el curvado en caliente en términos de proceso
En el campo del plegado de chapa metálica, hay varios procesos de conformado entre los que elegir. Sin embargo, antes de finalizar el plan de laminado específico para una pieza, es esencial distinguir primero entre los dos tipos de procesos principales: el plegado en caliente y el plegado en frío.
Proceso de plegado en frío
El curvado en frío se refiere al proceso de curvado directo sin necesidad de precalentar el material. Las principales ventajas del curvado en frío son la alta eficacia del proceso (sin necesidad de ciclos de calentamiento/enfriamiento) y el bajo coste (sin consumo de energía ni pérdidas por oxidación), lo que lo hace especialmente adecuado para el conformado regular de chapas finas y de grosor medio. Sin embargo, debido a la plasticidad limitada del material a temperatura ambiente, el curvado en frío requiere una gran rigidez del equipo y precisión de conformado, y es difícil procesar materiales de alta resistencia o piezas de sección transversal compleja. Si tiene previsto adquirir una máquina curvadora de rodillos, debe evaluar exhaustivamente la aplicabilidad del proceso de curvado en frío en función del tamaño del lote de producto, las propiedades del material y los requisitos de precisión.
Proceso de plegado en caliente
El curvado en caliente consiste en calentar localmente la pieza por encima de su temperatura de recristalización, lo que aumenta significativamente la plasticidad del material, reduciendo así la resistencia al conformado y mejorando la precisión dimensional. Entre las ventajas técnicas del plegado en caliente se incluyen:
Conformado de alta precisión: El plegado en caliente puede lograr un procesamiento estable de formas de sección transversal complejas y piezas de gran radio de curvatura.
Amplia compatibilidad de materiales: Especialmente indicado para materiales difíciles de conformar mediante plegado en frío, como aceros de alta resistencia, aleaciones de titanio y otros.
Potencial de ahorro energético: En comparación con el curvado en frío, el curvado en caliente puede reducir los requisitos de potencia de los sistemas de accionamiento de los equipos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el curvado en caliente requiere un control preciso de la temperatura de calentamiento, el tiempo de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento para evitar la degradación del rendimiento del material o la oxidación de la superficie.
Proceso de plegado en caliente (proceso híbrido)
El plegado en caliente es una solución intermedia entre el plegado en frío y el plegado en caliente. La pieza se calienta a una temperatura media (normalmente por debajo de la temperatura de recristalización), lo que reduce la resistencia a la deformación y minimiza la zona afectada por el calor. Las ventajas del curvado en caliente son:
Mejor formabilidad: Reduce el springback y mejora la estabilidad dimensional.
Reducción del estrés interno: En comparación con la flexión en frío, las tensiones residuales internas del material se reducen considerablemente.
Coste moderado de los equipos: No requiere un entorno completo de alta temperatura, lo que reduce los requisitos de resistencia térmica del equipo. Sin embargo, el plegado en caliente debe equilibrar el consumo de energía de calefacción con la eficiencia del conformado y puede experimentar diferencias locales de rendimiento debido a los gradientes de temperatura.
Recomendaciones de selección
Doblado en frío: Adecuada para chapas finas, producción por lotes y piezas con requisitos de precisión más bajos.
Curvado en caliente: Lo mejor para materiales de alto valor añadido, de sección transversal compleja o difíciles de procesar.
Flexión en caliente: Ideal para situaciones que requieren una gran precisión dimensional y rendimiento del material.
Se recomienda evaluar exhaustivamente la viabilidad del proceso en función del material específico de la pieza, la forma de la sección transversal, el lote de producción y el presupuesto de costes, junto con las capacidades de asistencia técnica del proveedor del equipo.
Análisis del proceso de precurvado
En el mecanizado de chapas metálicas, la presión de plegado se aplica únicamente a la zona de contacto de los rodillos, lo que significa que la mayor parte de la "longitud efectiva" del material no sufre deformación. La parte no deformada se denomina "borde recto". La presencia de un borde recto puede causar los siguientes problemas:
Contracción y deformación: El borde recto es propenso a rebotar o alabearse durante el procesamiento posterior, lo que afecta a la precisión de la pieza.
Residuos materiales: La zona de borde recto no puede utilizarse eficazmente, lo que provoca un mayor desperdicio de material.
El precurvado, como proceso preliminar clave, puede reducir significativamente los riesgos de contracción y deformación en el procesamiento posterior mediante la deformación plástica local previa del borde recto. El principio básico es controlar la cantidad de predeformación, creando una zona de transición entre la zona de plegado y la zona de borde recto, equilibrando así la distribución de tensiones.
Fundamento teórico del proceso de precurvado
Los parámetros de precurvado (como el ángulo y la presión de precurvado) deben calcularse con precisión en función del tipo de curvado (simétrico/ asimétrico) y del grosor de la chapa.
Flexión simétrica: La longitud del borde recto suele estar positivamente correlacionada con el espesor de la chapa, y la cantidad de precurvado se determina mediante la derivación de fórmulas o valores empíricos.
Flexión asimétrica: Debido a las fuerzas desiguales, la zona del borde recto es propensa al desplazamiento, y es necesario calcular los parámetros de precurvado compensando las fuerzas laterales.
Métodos de aplicación del proceso de precurvado
En función de los requisitos del proceso, el operador puede elegir entre las siguientes soluciones técnicas:
Prensas plegadoras: Se aplica presión vertical a la zona del borde recto utilizando una prensa mecánica para lograr una deformación plástica local.
Plantilla de plegado: Se utilizan moldes a medida combinados con rodillos para realizar el curvado progresivo del borde recto.
Doblado de segmentos: Se utiliza una estructura de rodillos segmentados para aplicar presión en secciones para precurvar el borde recto.
Bloque amortiguador Doblado hidráulico: Utilizando dispositivos hidráulicos de amortiguación para aplicar presión líquida controlable al borde recto, adecuado para el procesamiento de alta precisión.
Puntos clave de control del proceso de precurvado
Durante el proceso de laminado, es necesario garantizar el centrado preciso de la pieza para evitar los siguientes problemas:
Torsión: La desalineación de la pieza puede provocar distorsiones en la sección transversal, afectando a la precisión del ensamblaje.
Desviación dimensional: Las fuerzas laterales desiguales pueden provocar fluctuaciones en el radio de curvatura.
Métodos para centrar el control:
Centrado de rodillos laterales: Ajuste dinámicamente la posición de la pieza mediante rodillos laterales.
Ranurado lateral de rodillos: Mecanizado de ranuras de guía en la superficie del rodillo lateral para restringir el movimiento lateral de la pieza.
Centrado inclinado: Utilizando rodillos inclinados, la gravedad ayuda a centrar la pieza.
El proceso de precurvado optimiza la distribución de tensiones en la zona del borde recto, mejorando significativamente la precisión del conformado y la utilización del material de las chapas metálicas. En aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar exhaustivamente el método de precurvado y las estrategias de control de parámetros en función de la estructura de la pieza, las propiedades del material y las capacidades del equipo para lograr resultados de procesamiento eficientes y estables.
